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第五章锅炉水处理第一节锅炉及其水汽质量标准第二节锅炉水处理第三节锅炉的腐蚀与防护第四节锅炉的化学清洗第一节锅炉及其水汽质量标准一、锅炉的基本组成及其工作过程二、锅炉水汽质量标准三、低压锅炉水质标准四、中、高压锅炉的水汽质量标准一、锅炉的基本组成及其工作过程•锅炉是一种产生蒸汽的换热设备。•锅炉的中心任务：安全可靠、经济有效地把燃料中的化学能转换为蒸汽的热能。锅炉的分类：•按用途：工业锅炉、船舶锅炉、电站锅炉等；•按蒸汽压力：低压、中压、高压、亚临界压力、超临界压力锅炉；•按燃料：燃煤、燃油、燃气锅炉；•按燃烧方式：火床炉、煤粉炉、沸腾炉等；•按水汽流动情况：自然循环锅炉、强制循环锅炉和直流锅炉。1.锅炉的基本组成一般分两部分：•锅炉本体：保证燃料（煤、气、油）充分燃烧，同时产生合格的蒸汽。•辅助装置：保证连续可靠地供给锅炉合格的燃料、空气和水，并将燃料燃烧后所产生的灰渣和烟气排出。（1）锅炉的水汽系统A.水冷壁:炉膛四周,管径φ=50～80mm---吸收炉膛中高温烟气辐射传来的热量,保护炉墙.B.锅筒:长圆筒形,管径φ=50～80mm,下降管、水冷壁管胀接在锅筒下半部。过热器管胀接在上半部。蒸汽和水在锅筒中分离。C.过热器:φ=50～80mm蛇形管组成,加热蒸汽为过饱和蒸汽,以减少供热管内的冷凝损失或提高电站的效率.D.省煤器:平行的蛇形管组成,φ=50～80mm，加热给水以提高温度，也提高效率。（2）锅炉的燃烧系统室燃炉/煤粉炉A.炉膛:燃料与可燃气体燃烧的空间，又称燃烧室。炉膛或烟道用炉墙密封，以隔绝火焰和烟气与外界大气，起保温作用。B.燃烧器:保证燃料进入炉膛后能迅速着火和完全燃烧,并使火焰很好地充满整个炉膛容积.C.空气预热器:在锅炉出口，对空气进行预热，既利用了排出烟气的热量，又可改善燃烧。（3）锅炉的辅助组成•磨煤装置：将原煤磨制成合格的煤粉，并用热风将煤粉经一次风管送至燃烧器供炉膛燃烧。•送风装置：将冷空气送至预热器加热，供给燃料燃烧和输送煤粉所用的空气。•引风装置：将炉子中排出的烟气排到大气中去。•给水装置：包括给水泵、给水管道及水处理设备。•燃料供应装置：将燃料由储煤场送到锅炉房，包括装卸和运输机械等。•除灰装置：从锅炉中除去灰渣并送出电厂。•除尘装置：除去锅炉烟气中的飞灰，改善环境卫生。布置在锅炉与引风机之间，有布袋式、机械式、水膜式及电除尘器。•自动控制与仪表：包括热工仪表及自动控制设备。2锅炉的工作过程包括三个同时进行的过程：A.燃料的燃烧过程B.烟气向水、汽的传热过程C.水的汽化过程A.燃料的燃烧过程煤粉在高温下释放出挥发分，挥发分燃烧完后，焦炭才开始点燃。焦炭和氧接触后首先在表面气化产生CO和CO2，CO2和介质中的水汽使焦炭气化，从而使固体焦炭转变为气体状态加速燃烧过程。燃烧反应由缓慢的表面反应转变为迅速的空间反应。燃烧反应主要是反应物和中间活性物起反应。燃料完全燃烧的三个条件:温度、空气、混合和时间。B.烟气向水、汽的传热过程生成的高温火焰和烟气通过辐射传递热量给四周的水冷壁，水冷壁以对流的方式将热量传给管内的水。烟气还流经过热器、再热器、省煤器及空气预热器等，温度逐渐降低。水冷壁管内水温上升，逐渐吸热、汽化，产生水蒸气，经汽水分离器后进入过热器。C.水的汽化过程给水经水泵、除氧、加热后进入省煤器。在省煤器中被加热进入汽锅。水沿下降管、下联箱进入水冷壁吸热汽化形成汽水混合物进入汽锅。蒸汽经分离器进入过热器加热。3锅炉的水循环在自然循环锅炉的蒸发部分中，工质的流动是借于自然推力—水和汽水混合物的密度差。水循环系统的要求：•选用合适的水冷壁和下降管•合理布置水冷壁•下降管布置在炉壁外完全不受热4锅炉的基本参数锅炉的作用是产生一定数量和参数的蒸汽，在锅炉的规范中，以单位时间内产生的蒸汽量和所产生的蒸汽的参数来表示锅炉的基本参数。•蒸发量（(t/h):每小时所产生蒸汽的吨数。•额定蒸发量：在规定的出口压力、温度和保证效率下长时期内能维持正常工作的最大蒸发量，也称最大长期蒸发量；•经济蒸发量：锅炉机组具有最高效率时的蒸发量，一般为额定蒸发量的75～80%。•蒸汽锅炉容量D：每小时所产生的额定蒸汽量，t/h。•采暖锅炉容量Q：每小时产生的额定产热量，MW。•蒸汽的参数：指锅炉出口处（即过热器出口）蒸汽的额定压力(MPa)和温度(℃）。•低压锅炉蒸汽压力≤2.5MPa,蒸汽温度≤400℃；•中压锅炉蒸汽压力2.6～6.0MPa,蒸汽温度400～450℃；•高压锅炉蒸汽压力6～14MPa,蒸汽温度460～540℃；•超高压锅炉蒸汽压力≥14MPa,蒸汽温度540～570℃；•亚临界压力锅炉蒸汽压力17～18MPa,蒸汽温度540～570℃返回二、锅炉水、汽质量标准使用合格要求的水质，是锅炉能够安全、经济、可靠而稳定运行以及产出合格蒸汽或热水的前提。水质不良会导致锅炉损坏。1锅炉用水名称•原水：生水，未经任何处理的天然水或城市自来水，作为锅炉补给水的水源。•锅炉补给水：经处理后用来补充锅炉汽水损失的水。根据处理工艺有：–澄清水：去除了原水中悬浮杂质的水；–软化水：去除了原水中钙镁离子的水；–除盐水：去除了原水中盐类离子的水；–凝结水：锅炉产生的蒸汽用于汽轮机作功后，经冷却水冷凝成的水，以及石化生产过程中经分离后蒸汽冷凝的水。•给水：送进锅炉的水。有汽轮机的凝结水、补给水、生产返回水和各种热力设备的疏水等。•锅水：在锅炉本体的蒸发系统中流动的受热沸腾而产生蒸汽的水。•排污水：为了保证锅水在一定浓度范围内运行，从而防止锅炉结垢和改善蒸汽品质，需从汽锅中排放掉一部分锅水，以排走由给水带入的盐分和锅内的沉渣，这部分排出的锅水称为排污水。•疏水：各种蒸汽管道和各种热力设备中的蒸汽凝结水。•减温水：调节过热器出口蒸汽在允许范围内，以保证过热器管壁温度不超过允许的工作温度，而采用混合减温时引入的水。2用水水质不良对锅炉的危害•形成水垢导致锅炉受热面金属的损坏，降低锅炉使用寿命；减少受热管内流通截面，增加管内水循环的流动阻力；降低热效率，增加煤耗量或降低锅炉出力；增加化学清洗次数，多消耗化学清洗药剂；导致金属腐蚀。•导致锅炉金属腐蚀锅水中游离氢氧化钠过高或pH低，又含有较多中性盐的情况下会导致金属腐蚀。•易使蒸汽品质恶化锅水含盐量高会发生汽水工腾现象，污染蒸汽。在压力较高的锅炉中，硅等会选择性地溶解在蒸汽中。3锅炉水汽质量标准《低压锅炉水质质量标准》《水力发电机组及蒸汽动力设备水气质量标准》废热锅炉的水质标准第二节锅炉水处理锅炉用水——外界水，杂质：a.肉眼可见：泥沙、粘土等悬浮物，d10-4mm，可过滤分离。b.肉眼不可见：胶体物质（分子离子的集合体），d=10-6~10-4mm不能过滤分离。溶解物质（离子）及气体，d10-6mm一、主要水质指标1硬度H•溶于水且能形成水垢的物质，即Ca2+、Mg2+离子的含量，mmol/L.•暂时硬度HT：加热后形成沉淀析出的离子的含量，=碳酸盐硬度•永久硬度HFT：受热后不会分解，当在水中浓度饱和极限时析出的离子的含量，=非碳酸盐硬度H=HT+HFT2.碱度A：水中能接受H+物质的量，eg.OH-、HCO3-、CO32-等若酸盐，mmol/l；什么是相对碱度？HT属于可见碱度Na+盐碱度与HFT不能共存eg.Na2CO3(NaOH)+CaSO43.pH值：酸碱性指标自然水：6~8.5；给水：7；锅水：10~124.溶解氧：控制溶解气体对受热面的腐蚀，mg/l控制亚硫酸根的浓度5.锅水含盐量：水中各种盐类含量的总和，影响蒸汽带水的指标，mg/L二、给水的软化处理1.Na+离子交换软化(用比Ca2+、Mg2+离子更活泼的离子将其置换，使水软化）离子交换剂——阳离子+阴离子R-有Na+、H+、NH4+等阳离子，复合阴离子根,为不溶置换水中的结垢离子于水的高分子化合物，eg.合成树脂(2)特点A.可除硬度==可软化B.不能除碱C.软水的含盐量略有上升(3)交换剂再生用NaCl溶液(5~8%)流经失效的交换剂层，还原实际用量=（1.2~1.7）理论用量2.Na+交换设备（固定床）交换剂层固定不动，原水由上而下流经交换剂层筒体交换剂(1)顺流式再生——再生液由上向下流经交换剂层运行步骤:(1)软化：原水由上而下(2)反洗：原水由下而上，松动交换剂层，带出层内杂质(3)再生（还原）：盐液由上而下，恢复交换剂软化能力(4)正洗：原水由上而下，消除残余再生液和再生生成物特点:1)运行具有周期性，间断性出水，至少2个交换罐切换使用，或1个交换器：软水箱容量足够维持交换器“反洗…再生…正洗”时间内的锅炉用水量，传统系统图2)下层交换剂层再生程度低（为什么？）(2)逆流式再生——再生液由下向上流经交换剂层（下层交换剂再生效果好，出水品质好）防止交换剂层乱层：a中间排水装置b压实层（失效树脂）c加顶压（压缩空气）运行步骤：a软化b小反洗c排水d顶压f再生g逆流冲洗h小反洗i正洗3H-Na离子交换除碱三、水的除气1.原理——气体溶解定律:亨利定律（气体在水中的溶解度与该气体在汽水界面上的分压成正比）2.除气设备1)热力除氧器运行原理：通过加热使水沸腾，使溶于水中的气体解析出来。结构：除氧头（脱气塔）+除氧水箱（贮水箱）淋水盘式喷雾填料式四排污1目的：排出锅水中沉积物和过多的碱量、盐量，避免化学腐蚀2方式：定期排污－排出沉淀物，布置于锅筒、集箱底部。连续排污－排出盐分、碱分，布置于锅筒最低水位下方（一般可利用排污水热量后再排污）第三节锅炉的腐蚀与防护一给水系统的腐蚀及防止二汽包锅炉水汽系统的腐蚀、结垢及防止三锅炉化学清洗一给水系统的腐蚀及防止（一）给水系统的腐蚀（二）给水系统腐蚀的防止（一）给水系统的腐蚀给水系统中流动的水虽然较纯净，但其中含有O2和CO2，这两种气体是引起给水系统中金属腐蚀的主要因素。1溶解氧(DO)腐蚀•腐蚀特征给水系统发生氧腐蚀时，表面形成许多小型鼓包，直径不一，称之为溃疡腐蚀，鼓包颜色由黄褐色至砖红色不等，次层则是黑色粉末状物，这些均为腐蚀产物，主要是铁的氧化物。•腐蚀部位如果除氧工作不善，在给水管道和省煤器中常能看到这种腐蚀形态。凝结水系统不易发生氧腐蚀。虽然凝汽器汽侧是在负压运行，总有少量空气漏入，使凝结水中含有微量氧，但凝结水的含氧量一般小于50μg/L，而且温度低，含盐量小，微量氧不致引起严重的腐蚀。2游离CO2的腐蚀•腐蚀特征钢材受游离CO2腐蚀而生成的腐蚀产物都是可溶的，所以其特征是金属均匀地变薄，这种腐蚀虽不致很快引起金属的严重损伤，但大量腐蚀产物进入锅内会引起锅内结垢和腐蚀等问题•腐蚀部位热力设备汽水系统中的二氧化碳来源于补给水和漏入汽轮机凝结水中的冷却水带入的碳酸化合物，碳酸化合物进入锅内会全部发生分解，生成CO2：2HCO3-→CO2↑＋H2O＋CO32-CO32-＋H2O→CO2↑＋2OH-在热力系统中，最易发生CO2腐蚀的部位是凝结水系统，由于凝结水较纯，只要含少量CO2，其pH值就会显著降低。3同时有溶解氧和游离CO2的腐蚀在给水系统中，若同时含有O2和CO2，钢的腐蚀会更严重，这是由于O2的电极电位高，易形成阴极，侵蚀性强；CO2具有酸性，破坏保护膜。这种腐蚀的特征是金属表面往往没有腐蚀产物，但腐蚀速度很快。在凝结水和疏水系统都可能发生O2和CO2同时存在的腐蚀。而对于给水泵，因其是除氧器后第一个设备，所以当除氧不彻底时更易发生这类腐蚀。（二）给水系统腐蚀的防止为了防止给水系统的腐蚀，通常采用的方法是除去给水中溶解氧并提高pH，这种方法称之为“给水碱性水规范”。1热力除氧•除氧原理由亨利定律可知，气体在水中的溶解度与此气体在气水界面上的分压成正比，所以，水温升至沸点，气水界面上水蒸气分压增大而其他气体减小甚至为0，这时水中原有的各种溶解气体都分离出来。热力除氧器不仅能除去水中溶解氧，而且可除去其他溶解气体如游离CO2，而且还会使水中HCO3-发生分解，这是因为除去了游离CO2，下述平衡被打破：2HCO3-≒CO2↑＋H2O＋CO3